(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワー半導体素子を内設した外装ケースの外側に制御回路基板を搭載してなる半導体装置において、
前記外装ケースに植設される基部と、前記基部の端面から延出された結合部と、これらの境界に形成される段部とを有する金属製の段付支柱と、
前記段付支柱の前記結合部が貫通した状態で前記段部に搭載されるシールド板と、
前記結合部の周囲に配置されて前記シールド板に搭載されたときに端面が前記結合部の端面よりも突出している筒状の金属リングと、
を備え、
前記制御回路基板は、前記金属リングの端面に搭載されて前記結合部にねじ止めされていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記段付支柱の前記結合部と前記金属リングとが同じ長さを有し、前記金属リングの端面が前記シールド板の厚さの分だけ前記結合部の端面よりも突出していることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記段付支柱は、円柱形状の前記基部と前記基部よりも小径で円柱形状の前記結合部とが同軸上に配置されて一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記段付支柱の前記結合部は、雌ねじを有していることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
前記シールド板は、前記段付支柱の前記段部および前記金属リングが接触される領域を除いて絶縁性の樹脂が被着されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項６】
前記制御回路基板は、前記金属リングと接触される領域に金属層が形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項７】
前記シールド板は、前記金属リングと、前記結合部にねじ止めされる前記制御回路基板の取付孔に形成したスルーホールまたはビアとによって前記制御回路基板のグランドラインに電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置に関し、特にパワー半導体素子を内設した外装ケースの外側に制御回路基板を搭載してなる半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえばモータを制御する半導体装置として、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ：Insulated Gate Bipolar Transistor）などのパワー半導体素子を有する半導体モジュールを内蔵したものが知られている。このような半導体モジュールは、樹脂製の外装ケースに収容されており、半導体モジュールの主回路端子（ねじ端子）は、外装ケースの表面に設けられており、補助端子（ピン端子）は、外装ケースまたはその蓋を介して外部に導出されている。
【０００３】
半導体モジュールなどを制御する制御回路基板は、外装ケースの外側に搭載されているものがある（たとえば、特許文献１参照）。この特許文献１による半導体装置では、外装ケースにねじ座を植設し、そのねじ座に制御回路基板を搭載し、ねじ止めにより固定している。
【０００４】
ところで、半導体モジュールおよび制御回路基板は、それらのスイッチング動作時にノイズを発生し、そのノイズが相互に影響を及ぼすことがある。そのため、制御回路基板は、ノイズの影響が及ばない程度に外装ケースから離間してねじ座に搭載されている。それでも効果がない場合は、制御回路基板にノイズ対策を施すか、シールド板を半導体モジュールと制御回路基板との間に配置することになる。
【０００５】
制御回路基板側でのノイズ対策としては、制御回路基板の外装ケース側の全面に金属箔を貼着し、それをグランドに電気的接続する。これにより、半導体モジュールおよび制御回路基板の一方から輻射されたノイズは、金属箔によって部分的に遮断され、他方への入射を抑制することができる。
【０００６】
シールド板でノイズを遮断する場合は、外装ケースに植設されたねじ座にシールド板を搭載し、ねじ座に対応するシールド板の上に金属リングを置き、その上に制御回路基板を搭載し、２段重ねの制御回路基板およびシールド板をねじ座にねじ止めによって固定している。半導体モジュールと制御回路基板との間にシールド板を配置することにより、半導体モジュールおよび制御回路基板の一方から輻射されたノイズは、シールド板によって部分的に遮断され、他方への入射を抑制することができる。シールド板は、ノイズの性質に応じた材料の金属板を用いることにより、ノイズの遮断を有効に行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３７５０４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ねじ座の上にシールド板、金属リングおよび制御回路基板を積層してねじ座にねじ止めする構成では、組み立て性に問題があった。すなわち、金属リングをシールド板の所定位置に載せるときには、何もガイドなしに不安定な状態で組み立てられるので、振動などにより金属リングが動いてしまったり、またはその上に制御回路基板を搭載するときに金属リングの位置が見えなくなったりして、金属リングを正規の位置に位置決めすることが困難であった。
【０００９】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、シールド板、金属リングおよび制御回路基板の組み立て性を改善した半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明では上記の課題を解決するために、パワー半導体素子を内設した外装ケースの外側に制御回路基板を搭載してなる半導体装置において、シールド板および制御回路基板を搭載する部材を段付支柱としている。この段付支柱は、外装ケースに植設される基部と、この基部の端面から延出された結合部と、これらの境界に形成される段部とを有している。シールド板は、段付支柱の結合部が貫通した状態で段部に搭載される。段付支柱の結合部には、これが貫通するよう筒状の金属リングを配置するが、そのとき、金属リングの端面は、結合部の端面よりも突出させるようにして、段付支柱の段部から制御回路基板が搭載される金属リングまでは、金属の積層構造にしている。
【００１１】
このような半導体装置によれば、金属リングは、段付支柱の結合部によって位置決めされるので、その組み立てが容易になり、シールド板を制御回路基板へ電気的に導通させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
上記構成の半導体装置は、段付支柱にシールド板を搭載し、その上に結合部を貫通させるように金属リングを搭載する構造にしたことで、金属リングの位置決めが容易となり、組み立てを合理化することができる。また、上記の半導体装置は、制御回路基板がこれをねじ止めする段付支柱の結合部に当接するのではなく、結合部よりも突出した金属リングに当接する構成にしたことで、金属の遊びがなくなり、振動などによるねじの緩みを最小限に抑えることができる。
【００１３】
本発明の上記および他の目的、特徴および利点は本発明の例として好ましい実施の形態を表す添付の図面と関連した以下の説明により明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態に係る半導体装置の外観を示す平面図である。
【図２】実施の形態に係る半導体装置の要部断面を示す断面図である。
【図３】実施の形態に係る半導体装置の構成を示す図２の分解図である。
【図４】シールド板を取り付けた状態を示す平面図である。
【図５】ねじ止めの詳細を示す拡大断面図である。
【図６】制御回路基板の変形例におけるねじ止めの詳細を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、パワー半導体素子を複数組有する半導体モジュールおよび制御回路基板を備えた半導体装置に適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１は実施の形態に係る半導体装置の外観を示す平面図、図２は実施の形態に係る半導体装置の要部断面を示す断面図、図３は実施の形態に係る半導体装置の構成を示す図２の分解図、図４はシールド板を取り付けた状態を示す平面図、図５はねじ止めの詳細を示す拡大断面図である。
【００１７】
実施の形態に係る半導体装置は、図１および図２に示したように、樹脂製の外装ケース１１に収容された半導体モジュール１２を備え、この半導体モジュール１２は、複数のパワー素子１３を有している。パワー素子１３は、たとえばＩＧＢＴおよびＦＷＤ（フリーホイーリングダイオード：Free Wheeling Diode）とすることができる。パワー素子１３の主回路は、外装ケース１１にインサートされてねじ端子が外部に露出して配置された主回路端子１４にボンディングワイヤによって電気的に接続されている。パワー素子１３の補助回路は、外装ケース１１の蓋１５を介して外部に延出されたピン端子１６にボンディングワイヤによって電気的に接続されている。
【００１８】
外装ケース１１には、インサート成形によって段付支柱２０が植設されている。この段付支柱２０には、シールド板２１が搭載され、その上には、金属リング２２が搭載され、さらにその上には、制御回路基板２３が搭載されている。この制御回路基板２３は、ねじ２４を段付支柱２０にねじ止めすることによって固定されている。
【００１９】
段付支柱２０は、図３に示したように、外装ケース１１に植設される基部２０ａと、この基部２０ａの端面から延出されてシールド板２１が貫通される結合部２０ｂと、これらの境界に形成される段部２０ｃとを有している。この段付支柱２０は、好ましくは、円柱形状の基部２０ａとこれよりも小径で円柱形状の結合部２０ｂとが同軸上に配置されて一体に形成されている。また、結合部２０ｂには、ねじ２４が螺合される雌ねじが形成されている。
【００２０】
シールド板２１は、アルミニウム、銅、鉄などを材料とする板からなり、電気的な絶縁性を付与するために、絶縁性の樹脂２１ａによってインサート成形されている。この樹脂２１ａには、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）またはＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）が用いられる。ただし、図３および図４に示したように、段付支柱２０の段部２０ｃと接触する領域２１ｂ、金属リング２２と接触する領域２１ｃおよびピン端子１６の貫通孔回りの領域２１ｄが露出するように、樹脂２１ａの対応する部分が取り除かれている。なお、シールド板２１を覆っている樹脂２１ａは、必要に応じて設けられる。また、樹脂２１ａの代わりに、シールド板２１に絶縁性のシートを貼着することができる。さらには、樹脂２１ａの代わりに、シールド板２１の少なくとも一方の面に、電磁波吸収シートを貼着することもできる。
【００２１】
金属リング２２は、中央にストレートに貫通する貫通孔を有し、その貫通孔の内径は、段付支柱２０の結合部２０ｂの外径よりも多少大きくしてある。これにより、シールド板２１を段付支柱２０の段部２０ｃに搭載した後に、シールド板２１より突出している結合部２０ｂに金属リング２２を簡単に嵌め込むことができるので、組み立て時における金属リング２２の位置決めが容易になり組み立て作業を合理化することができる。
【００２２】
制御回路基板２３は、少なくとも金属リング２２が接触する領域に、グランドラインに接続された銅パターン２３ａが形成され、たとえばニッケルめっきによって被覆された導電性の金属層を有している。これにより、シールド板２１は、金属リング２２および銅パターン２３ａを介して制御回路基板２３のグランドラインに電気的に接続される。
【００２３】
ねじ２４は、スプリングワッシャ２４ａおよび平ワッシャ２４ｂが抜け落ちないよう組み込まれたものを使用している。スプリングワッシャ２４ａおよび平ワッシャ２４ｂは、ねじ２４を結合部２０ｂに螺着した後、振動などによるねじ２４の緩みを防ぐことができる。
【００２４】
ここで、段付支柱２０の結合部２０ｂの軸方向の長さ（高さ）がたとえば４ミリメートル、シールド板２１の厚さがたとえば１ミリメートル、金属リング２２の軸方向の長さ（高さ）がたとえば４ミリメートルにしてある。これにより、シールド板２１および制御回路基板２３をねじ２４によって結合部２０ｂにねじ止めしたときには、図５に示したように、金属リング２２の端面が結合部２０ｂの端面よりも突出している。この例では、金属リング２２の端面は、シールド板２１の厚さ（１ミリメートル）の分だけ結合部２０ｂの端面よりも突出していることになる。これにより、制御回路基板２３の搭載面は、振動などによって変形しない段付支柱２０、シールド板２１および金属リング２２を含む金属部材によって形成されることになる。その結果、制御回路基板２３をねじ２４によって結合部２０ｂにねじ止めした後は、ねじ２４が振動などによって緩んでしまうのを最小限に抑えることができる。なお、金属リング２２の結合部２０ｂからの突出量は、制御回路基板２３の撓みを考慮すると、０．２〜１ミリメートルの範囲が好ましい。
【００２５】
図６は制御回路基板の変形例におけるねじ止めの詳細を示す拡大断面図である。
制御回路基板２３は、ねじ２４が貫通する取付孔にスルーホール２５を形成している。これにより、制御回路基板２３が金属リング２２に搭載される面を金属層にすることができ、振動などによるねじ２４の緩みを防止することができる。同時に、グランドラインに電気的に接続される制御回路基板２３の銅パターン２３ａが金属リング２２に接触される面とは反対側の面に形成されている場合に、金属リング２２は、スルーホール２５を介して銅パターン２３ａに接続することができる。
【００２６】
また、制御回路基板２３が多層構造になっていて、中間層にグランドラインに電気的に接続される銅パターン２３ａがある場合には、ビアを形成し、そのビアを介して金属リング２２を銅パターン２３ａに接続することができる。
【００２７】
以上の実施の形態では、段付支柱２０の結合部２０ｂを雌ねじとして説明したが、結合部２０ｂの端面から雄ねじが延出された段付支柱を使用してナットで制御回路基板２３を固定する場合においても、同じ効果を得ることができる。
【００２８】
上記については単に本発明の原理を示すものである。さらに、多数の変形、変更が当業者にとって可能であり、本発明は上記に示し、説明した正確な構成および応用例に限定されるものではなく、対応するすべての変形例および均等物は、添付の請求項およびその均等物による本発明の範囲とみなされる。
【符号の説明】
【００２９】
１１  外装ケース
１２  半導体モジュール
１３  パワー素子
１４  主回路端子
１５  蓋
１６  ピン端子
２０  段付支柱
２０ａ  基部
２０ｂ  結合部
２０ｃ  段部
２１  シールド板
２１ａ  樹脂
２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ  領域
２２  金属リング
２３  制御回路基板
２３ａ  銅パターン
２４  ねじ
２４ａ  スプリングワッシャ
２４ｂ  平ワッシャ
２５  スルーホール
【図１】
0005354024.tif 000002
【図２】
0005354024.tif 000003
【図３】
0005354024.tif 000004
【図４】
0005354024.tif 000005
【図５】
0005354024.tif 000006
【図６】
0005354024.tif 000007